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中国太阳能电池制造设备的现状及发展


太阳能光电工程学院

课程名称》 《课程名称》 课程设计报告书

题 目: 中国太阳能电池制造设备现 状及发展

姓 专 班

名: 颜培培 业: 级: 10 光伏材料 一班 014411304276

准考证号: 设计成绩: 指导教师:

题目 中国太阳能电

池制造设备的现状与发展

绪言................................................................ 3 1.太阳能设备发展.................................................... 3 1.1 太阳能设备的现状 ............................................ 3 1.2 国家将为设备提供 36 亿元市场 ................................. 4 2.我国发展光伏事业的优势............................................ 4 3.太阳能电池制造设备的发展目的...................................... 5 4.对太阳能生产设备上的建议.......................................... 5 5. 未来光伏设备发展................................................. 6 6.国内外太阳能电池设备厂家.......................................... 6 参考文献............................................................ 6

题目 中国太阳能电池制造设备的现状与发展

摘要
本设计主要阐述了中国目前太阳能电池制造设备的情况,我国太阳能电池产 业虽然发展很快,但技术进步却不明显,创新能力不强,自主创新的核心技术很 少,产品的总体质量不如欧美日等发达国家和地区,包括设备制造在内的总体技 术水平与发达国家有比较明显的差距。为此,在扩大行业规模的同时,应把更大 的力气花在全行业的技术进步(包括技术标准的进步)方面。近年来,随着能源 短缺、环境污染等问题的日趋严重,太阳能电池因其清洁环保、可再生的特点获 得了良好的发展机遇, 各发达国家纷纷制定光伏发电的鼓励政策和庞大的光伏工 程计划,为太阳能电池产业创造了巨大的市场空间,将其导入了一个难得的高速 发展时期,并进而带动了上游多晶硅材料和太阳能电池生产设备的快速发展。近 10年里,全球太阳能电池产业规模扩大了35倍,据有关机构统计,2008年,世界 太阳能电池产量已达5456MW,组件产量已达6791MW。

关键词

太阳能设备、技术发展

未来方向

题目 中国太阳能电池制造设备的现状与发展

绪言
国产太阳能光伏设备已具备太阳能电池整线制造的基本能力,但高端设备 仍需进口,国产太阳能生产设备竞争力增强,相继在大生产线应用,前景一片大 好.最近十年世界太阳能电池产量平均增长率为 40%,最近五年平均增长率为 45.4%,最近三年的平均增长率超过 50%,光伏产业已成为世界发展最快的高新 技术产业之一。而设备作为其支撑,对光伏产业的发展起到了至关重要的作用。 未来设备的技术发展方向:提高效率、降低成本。解决方案:加大硅材料提 纯设备及大尺寸硅片加工设备的研发生产力度,以降低生产成本;发展薄膜太阳 能生产设备,进一步降低电池生产成本,提高电池转换效率。

1.太阳能设备发展 1.太阳能设备发展
1.1 太阳能设备的现状 太阳能光伏产业包括光伏材料、光伏电池、光伏组件、光伏设备和光伏应 用系统。以占据太阳能电池 95%以上的晶体硅太阳能电池为例,其产业链为硅矿 石—冶金硅(工业硅,99%纯度)—高纯硅(6N 或以上纯度)—单晶硅或多晶硅—硅 片—电池—组件—应用产品,设备是基础和支撑,贯穿了所有环节。除前道的材 料提纯、 硅片加工和后道的组件生产外, 最关键的工序为电池制造, 它包括清洗、 制绒、扩散、刻蚀、减反射膜制备、电极印刷、低温烘干、高温烧结、自动测试 分捡等。 经过数年的艰苦努力,我国光伏设备企业已基本具备太阳能电池制造整线装 备能力,部分产品如扩散炉、等离子刻蚀机等开始少量出口,可提供 10 种太阳 能电池大生产线设备中的 8 种,其中有 6 种(扩散炉、等离子刻蚀机、清洗/制绒 机、 石英管清洗机、 低温烘干炉)已在国内生产线占据主导地位, 种(管式 PECVD、 2 快速烧结炉)和进口设备并存但份额在逐步增大,3 种(全自动丝网印刷机、自动 分捡机、平板式 PECVD)则完全依赖进口。硅片加工设备中单晶炉以优良的性价 比占据了国内市场的绝对统治地位并批量出口亚洲,多线切割机已取得突破,多 晶硅铸锭炉推向市场指日可待。高纯硅材料提纯设备中关键的 24 对棒还原炉在 国家“863”计划的支持下也已研制成功。 高纯硅材料的严重短缺为物美价廉的国产单晶炉企业提供了极好的发展契 机,近几年数十家新上的单晶拉制企业的大量订货,使得国内设备企业始终处于 满负荷生产状态,并引来了日本、韩国和我国台湾的批量订单。如此多年未遇的 火爆场面直接催生了 2006 年四家光伏设备生产企业订单过亿元,2007 年的势头 较之有过之而无不及的局面,这是我国电子专用设备行业多年未有的繁荣景象。 另外,尽管非晶硅太阳能电池尚没有形成规模生产,但增长速度已明显加快,相 应的非晶硅电池设备也吸引了不少企业试图以同国外相仿的整线包设备和工艺 的方式进入。同国际先进水平相比,国产太阳能电池生产设备最关键的几种设备 中,扩散炉、等离子刻蚀机、清洗/制绒机等达到或接近了国际先进水平,占据 了国内绝大部分市场,性价比优势十分明显。管式 PECVD、快速烧结炉与国际先 进水平有差距,但不大,已开始在大生产线使用,市场份额逐步扩大,性价比优 势明显。国内尚没有平板式 PECVD,另两种关键设备全自动丝网印刷机和自动分 捡机由于核心技术无法绕开国外公司的技术专利封锁,尚未取得实质性突破,整

题目 中国太阳能电池制造设备的现状与发展 体水平和国外差距较大,国内主要大生产线几乎全部采用了价格高昂的进口设 备。 国产太阳能光伏设备在国内用户中已建立起良好的信誉, 得到业界的广泛认 可,越来越多的客户从国产设备使用中受益。可以说,中国太阳能光伏产业在短 短的数年间具备直面国际竞争能力, 获得高速发展的利器在于技术与国际接轨的 同时拥有无法比拟的低成本优势, 而维持较低生产成本的原因除较低的劳动力和 运营成本外,低价格(平均只有进口设备的 1/3)的国产设备的大量应用使得企业 投资成本大大降低是主要原因。否则光伏产业 95%市场在欧美日的产业特征,很 难想象国内企业能以比国外同类企业高得多的硅材料采购成本去国际市场竞争, 国产设备相继在大生产线应用。 自 2002 年开始,无锡尚德太阳能电力公司的超常规发展,也为设备企业提 供了难得的发展机遇。通过和一流电池企业合作并引进先进的工艺技术,历经多 次技术换代及升级,国产的太阳能电池关键设备相继在国内大生产线上得到应 用,使我国基本具备太阳能电池制造设备整线供给能力。 硅片加工设备中,部分合资企业的高档全自动单晶炉已接近国际先进水平, 但因价格较高,在光伏产业的应用数量有限,获得大量应用的反而是价格低廉适 用的、自动化程度较低的中低端单晶炉。借硅材料短缺的难得契机,得以形成批 量生产,占据了国内绝大部分市场并批量出口。组件生产设备中的层压机等,高 端自动化产品与国际先进水平相差无几,有明显的技术特色,但占据市场大部分 份额的也是中低端产品。硅材料提纯设备的技术水平与国外产品差距较大,只有 零星产品生产。 1.2 国家将为设备提供 36 亿元市场 自 2003 年开始,截至 2006 年 12 月,我国在短短的四年时间内新上标准太 阳能电池生产线(25MW/条)47 条。按现时每条线设备 3000 万元的平均投资计算, 设备市场高达 14 亿元。如果算上用于解决硅片短缺而用于购买材料制造设备如 多晶硅铸锭炉、单晶炉、切割机、线锯等的投资,国内相关设备的市场总额则超 过了 25 亿元。其中约 1/3 的市场被国产设备占领,几年来累计为国家节约外汇 近 3 亿美元,为用户节约投资超过 20 亿元,已在太阳能光伏产业具备初步的话 语权。2005 年共销售相关设备约 330 台套,销售额近 4 亿元,2006 年则达到了 7 亿元。 根据业内前十名的发展规划,至 2010 年,我国将再增加 3000MW 以上的生产 能力。即使采用目前成熟的国产设备和进口设备混合搭配的国内主流配置方案, 也至少为设备厂家提供了 36 亿元的市场。若以全进口设备计算,则需设备投资 84 亿元。这一切为光伏设备企业的发展提供了极好的发展机遇。

2.我国发展光伏事业的优势
背靠全球增长最为迅猛的地区,拥有巨大的本土市场。中国光伏产业近几 年的成长速度远远超过全球平均增幅。 国家政策鼓励发展, 中国严峻的环保形势, 客观上也急需寻找可替代能源,这些都为光伏产业的发展奠定了良好的基础。 由国际一流光伏企业引领整个产业,并和设备企业结成了真正战略同盟关 系,示范效应明显,彻底改变了以往设备和工艺需求脱节的发展模式,设备企业 能直接同步工艺技术发展,用户真正认识到没有国产设备的支撑,中国的光伏企 业将丧失最主要的成本竞争优势。与 IC 行业对设备的需求相比,光伏设备的技 术要求要略低一些,这也正是国内企业可大有作为的中低端设备领域。

题目 中国太阳能电池制造设备的现状与发展 拥有国外设备无法比拟的性价比优势。通过几年的努力,国产设备已取得 本土市场和客户的广泛认可,并受到国际的瞩目,有一定的品牌美誉度,与客户 的沟通更容易更方便,服务更快捷,在一定程度上可弥补早期设备性能及可靠性 上的不足。 中国光伏产业链已形成规模且渐趋平衡, 良好的大产业环境对设备企业的发 展给予了强力支撑:工业硅产量全球第一;高纯硅生产百吨级技术已实现突破, 千吨级技术出现曙光;硅片加工规模已达世界级;电池及组件行业有世界一流 企业领军;

3.太阳能电池制造设备的发展目的
是为了提高电池的最终产品质量、光电转换效率、整线生产效率,降低生产 成本。因此,未来设备的技术发展将始终围绕着以下几方面进行:提高单机自动 化水平,增加批次装片量,提高单机生产效率;设备间机械手自动转送,在线检 测,提高整线生产效率,减少人工干预,降低碎片率;将更先进的工艺技术物化 于设备, 进一步提高太阳能电池的光电转换效率, 降低每瓦成本; 适合大尺寸(从 目前主流的 125mm×125mm 和 156mm×156mm 硅片发展到未来的 210mm×210mm 硅 片等)、薄硅片(300μm—270μm—240μm—200μm—180μm)工艺等,以节约硅 材料降低成本;带废气排放收集处理装置,降低废气及中间生成污染物排放,满 足更严格的环保法规。

4.对太阳能生产设备上的建议
在市场方面,必须统筹考虑国内外两个市场,各有关部门和各相关领域携 手,大力开拓国内市场,尽快改变目前95%以上产品依赖国外市场、随时要面对 发达国家政策变化随机性影响的不利格局。 这将是实现我国太阳能电池产业可持 续发展的重要一环, 其中尤其要重视的是光伏发电市场 (占光伏市场的80%以上) 。 可喜的是,自2005年《可再生能源法》公布以来,国家有关部门相继公布了《可 再生能源产业发展指导目录》《可再生能源中长期发展规划》《可再生能源发展 、 、 “十一五”规划》等文件,出台了一系列政策措施,营造了较好的鼓励国内市场 发展的政策环境。我们希望,国内光伏市场能够由此进入一个快速发展的时期, 从而为我国的太阳能电池产业开辟更好的市场前景。 要以太阳能电池的发展为契机,以大半导体工艺设备的概念,统筹布局和筹 划我国的专用设备制造业。以集成电路制造设备为代表的半导体工艺设备,由于 其在工艺加工制造方面的先进性,已经逐步渗透到许多电子产品的制造领域,其 中最典型的是平板显示器件和太阳能电池领域(二者均含有半导体工艺及设备, 其主流材料也未离开硅) 例如晶硅太阳能电池生产线中的单晶炉、 , 扩散炉、 PECVD (等离子增强化学气相淀积)设备,薄膜太阳能电池生产线中的 PECVD、PVD(离 子镀膜)设备等。在集成电路、平板显示器件和太阳能电池三种制造设备中,国 产太阳能电池设备是其中发展最快和最好的。据有关行业协会统计,2008年我国 半导体设备销售收入比2007年增长56.8%,占整个电子专用设备销售收入的 48.9%,其中太阳能电池设备17.66亿元,占半导体设备总销售收入的81%,从事 研制的企业已有几十家。从国内外的经验看来,生产太阳能电池设备的厂家很多 都是原来生产半导体集成电路设备的厂家。因此,我们应抓住太阳能电池设备的 市场契机,统筹考虑晶硅太阳能电池设备和薄膜太阳能电池设备的发展,统筹考

题目 中国太阳能电池制造设备的现状与发展 虑和协调发展集成电路、平板显示器件设备,随着太阳能电池技术的不断进步, 扩大半导体工艺设备的应用市场,从而带动和促进我国整个半导体设备的发展。

5.未来光伏设备发展
6. 硅材料严重短缺的现象在近期尚无法从根本上扭转,国内已开工或有实际 实施动作的十数个高纯硅生产项目需要大量的国产设备支撑以降低生产成本, 千 吨级生产设备亟待取得突破并大量提供。国内目前的 125mm×125mm 规格硅片大 多采用 6 英寸单晶炉拉制单晶生产,为满足 156mm×156mm 电池片生产的需要, 就必须改用 8 英寸单晶炉,但其生产成本将远高于多晶铸锭法生产的硅片,是电 池企业无法接受的。因此,光伏用 156mm×156mm 硅片将转向多晶硅片,改用多 晶硅铸锭炉生产,将拉动对相关铸锭、切割等生产设备的巨大需求。为进一步降 低电池生产成本,提高电池转换效率,晶体硅薄膜太阳能电池的研究日新月异, 非晶硅薄膜太阳能电池的发展也突飞猛进, 这些都为相关工艺设备的发展提供了 无限的发展空间。

6.国内外太阳能电池设备厂家
国内目前从事太阳能光伏设备研发及生产的企业有 20 多家, 其中骨干企业 6-7 家,从业人员 4000 人左右。主要厂商如下: 中国电子科技集团第 48 研究所:国内太阳能电池设备的最大供应商,所生产的 扩散炉、等离子刻蚀机、低温烘干/高温烧结炉、管式 PECVD 等占据了绝大部分 国产设备市场并开始出口,单晶炉和多晶铸锭炉正逐步推向市场。 6.1 国际知名的主要光伏设备厂商 德国 Centralism 公司:其扩散炉、管式 PECVD、烘干/烧结炉、清洗腐蚀制绒设 备以及周边 PN 结刻蚀设备等代表了当今世界的最高水平。 德国 Roth&Ra 公司、OTB 公司、日本导津公司:平板 PECVD 设备国际领先。 意大利 Vaccinia 公司、 英国 DEK 公司、 德国 ASYS 公司等的全自动丝网印刷设备, 基本上垄断了全球市场,其中 DEK 主要面向中低端市场,而 Vaccinia、ASYS 主 要面向中高端市场。 美国的 Applied Films 公司的薄膜设备,日本 Dispatch 公司、美国 BTU(已收购 RTC 公司)的快速烧结设备等有特色。 美国 GT Solar 公司的多晶硅铸锭炉、日本的单晶炉处于相关设备的国际领先地 位。

参考文献

[1] 来源:LEDS 中心论题:

[2] 文章出自电子元件技术网。


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